靶向和非靶向代谢组学解析

1、靶向和非靶向代谢组学解析什么是代谢组学？代谢是生物体内所有生化反应的总成，是生命体维持生命的物质基础，也是研究生命活动的重要基础。代谢组学是研究生命在内、外环境影响下的内源代谢活动，包括对代谢产物种类、数量及其变化规律的检测和分析，从而研究集体生命活动发生和发展的本质。与其他组学相比，代谢组学具有多种优势：1. 代谢物的种类、数量变化易于检测；2、相比于基因组学和蛋白组学，技术手段更为简单；3、与基因组学和的蛋白组学相比，代谢物数量少，易于检测、验证和分析；4、代谢水平变化可实时揭示机体生理病理状态。图1. 代谢组学和其他组学的关系。代谢组学分类代谢组学根据研究目的的不同，可进一步分为非靶向和

2、靶向代谢组学。非靶向代谢组学是对有机体内源性代谢物的全面、系统的分析，是一种无偏向的代谢组学分析，可以发现新的生物标记物。靶向代谢组学是针对特定一类代谢物的研究分析。二者各有优缺点，经常结合使用，用于差异代谢产物的发现和精准定量，对后续代谢分子标志物进行深入的研究和分析，这在食品鉴定、疾病研究、动物模型验证、生物标志物发现、疾病诊断、药物研发、药物筛选、药物评估、临床研究、植物代谢研究、微生物代谢研究中发挥重要作用。图1. 非靶向和靶向代谢组学结合使用。非靶向代谢组学非靶向代谢组学是在背景知识有限的基础上，对整个生命体代谢组进行的系统、全面的鉴定分析，获取大量代谢物数据，从中发现差异代谢物。非

3、靶向代谢组学主要包含以下流程：1. 样本采集与处理常见的代谢组学分析样本包括血浆、尿液、组织、细胞、细胞器等。足够大的样本量可以减少样本个体差异造成的误差。这些复杂样本中含有很多其他成分，可能对结果产生干扰，是影响代谢组学研究是否成功的关键因素。常用的样本处理方法包括蛋白质沉淀，差速离心和萃取（固相萃取、液液萃取、超临界流体萃取、加速溶剂萃取）等。2. 实验分析代谢组学常常需要运用多种分析技术手段来满足不同的实验需求。常见的代谢组学分析技术包括核磁共振（NMR）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）、毛细管电泳-质谱联用（CD-MS）、HILIC-MS等。高分辨质

4、谱技术主要有TOF-MS、FTICR-MS、Orbitrap-MS、Sector-MS等。3. 数据分析数据预处理：利用XCMS、MZmine和MarkerView等工具进行原始数据处理。鉴定差异代谢物：常用的分析方法包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）等。数据分析结果还需要经过t检验和变量权重重要性排序（variable importance in projection, VIP）值筛选差异性代谢产物。一般认为，同时满足P1.0的变量为差异代谢物。代谢通路分析：常见的代谢组学通路数据库包括HMDB、KEGG、Reactome、

5、BioCyc、MetaCyc等数据库，可以利用这些数据库进行代谢通路和互作网络分析。多组学分析：多组学分析已经是组学发现不可避免的趋势了。可用的数据库和工具包括IMPaLA网站、iPEAP软件、MetaboAnalyst网站、SAMNetWeb网站、pwOMICS、MetaMapR、MetScape、Grinn、WGCNA、MixOmic、DiffCorr、qpgraph、huge等。靶向代谢组学靶向代谢组学相对于非靶向代谢组学更有针对性，将关注点放在了几个或者几类与生物学事件相关的代谢物上，比如脂质组学、糖组学。1. 样本采集和处理靶向代谢组学根据靶向组学关注的对象，针对性的采集样本。比如进

6、行脂质组学时，选用对脂质有较好溶解能力的溶剂。靶向代谢物的定量是基于在标准品的定量标准曲线上的，所以需要准备优质的标准品。2、 实验分析在靶向方法中，天然和同位素标记的标准品促进了代谢产物的鉴定和定量，减少了假阳性现象。定量代谢组学可用于在组织或生物体中建立代谢物基线水平，用于实验室间比较，或用于定义代谢正常与“扰动”状态。使用同位素标记的内标（IS）也可以帮助解释影响分析精度的基质诱导的电离效应，从而提高生物反应检测试验的灵敏度。3、 数据分析由于靶向代谢组学关注有限种类的代谢物，所以数据分析比非靶向代谢组学更为简单和直接。使用的方法和数据库和非靶向代谢组学相似，但是对于某类代谢组，有特定的

7、数据库，如针对糖类和脂质组的LipidMaps和LipidBank等数据库。图2. 靶向代谢组学分析流程。由于两种代谢组学方法各有优缺点，非靶向代谢组学无偏差，全面系统反应生命体代谢组特征，但是重复性较差且线性范围有限；而靶向代谢组学的重复性和敏感性有显著提高，代谢物确证简单，线性范围宽，但是需要有预先的知识背景，是一种有偏向的代谢组分析方法。因此在实际应用中，两者常常结合使用，共同发挥作用。 参考文献：1. 范仕成,高悦,张慧贞,黄民,毕惠嫦.非靶向和靶向代谢组学在药物靶点发现中的应用J.药学进展,2017,41(04):263-269.2. 赖博文,刘玢,梁永康.基于高分辨质谱的非靶向代谢组学在食品造假鉴定中的研究进展J.生物技术通报,2019,35(02):192-197.3. Ribbenstedt A, Ziarrusta H, Benskin J P. Developme